產(chǎn)品列表PRODUCTS LIST
近小編注意到行業(yè)里總看到行業(yè)里有人咨詢Resolver和encoder的差別，有觀點(diǎn)解釋Resolver就是編碼器, 也有說Resolver是旋轉(zhuǎn)變壓器的，還有人認(rèn)為Resolver就是分解器...那么到底該怎樣理解Resolver? 在小編看來，根據(jù)它實(shí)現(xiàn)的功能及原理，很難找到一個合適的中文詞語可以*恰如其分的概括。今天我們摘錄了來自美國國家半導(dǎo)體技術(shù)專家RickZarr的期刊文章來說明二者的區(qū)別。
同時，本期視頻主題也是關(guān)于Resolver的功能原理介紹，由國外技術(shù)團(tuán)隊(duì)Learnchannel用動畫直觀展現(xiàn)的Resolver介紹以及和編碼器的對比，也請大家移步了解。希望本期的主題介紹，能為您帶來相關(guān)幫助！
Question！您的電機(jī)是否以預(yù)期速度旋轉(zhuǎn)？
閉環(huán)電機(jī)控制系統(tǒng)會繼續(xù)回答這個問題，因?yàn)橹灰须姍C(jī)旋轉(zhuǎn)的地方就會實(shí)施閉環(huán)系統(tǒng)，這是一個趨勢。無論終端系統(tǒng)是汽車（采用電腦控制轉(zhuǎn)向的輔助平行泊車），是人造衛(wèi)星（調(diào)整衛(wèi)星角度以鎖定特定信號），還是工廠機(jī)械（取放機(jī)器），位置反饋傳感器都是總體電機(jī)控制系統(tǒng)中的固有元件。電機(jī)控制種類多種，本文將討論兩種圍繞位置傳感器實(shí)施模擬信號鏈的控制方案：Resolver和Encoder。
Resolver
在討論Resolver信號鏈解決方案之前，首先考慮它的基本工作原理（如圖1）。Resolver（這里是一個發(fā)送器單元）由三個不同的線圈繞組構(gòu)成，即參考、正弦 (SIN) 和余弦 (COS) 繞組。參考繞組是一次繞組，其可通過稱之為旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓器，由應(yīng)用于該變壓器 一次側(cè)的AC 電壓勵磁。旋轉(zhuǎn)變壓器隨后將電壓發(fā)送至變壓器的二次側(cè)，因此無需電刷或套環(huán)。這樣可提升Resolver的整體可靠性和穩(wěn)定性。
（圖1 Resolver發(fā)送器單元的簡化機(jī)械原理圖）
參考繞組安裝在電機(jī)軸上 。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時 ，SIN和COS繞組的電壓輸出會隨軸位置發(fā)生變化。SIN 和 COS 繞組安裝角度相對于該軸相互相差 90°。參考繞組旋轉(zhuǎn)時，參考繞組與SIN/COS繞組之間的角度差會發(fā)生變化，可表示為θ旋轉(zhuǎn)角。在SIN和COS繞組上感應(yīng)到的電壓等于參考電壓乘以SIN繞組和COS繞組的θ角。
感應(yīng)到的輸出電壓波形。圖中顯示了 SIN 和 COS 繞組除以參考電壓的規(guī)范化電壓輸出信號。傳 統(tǒng)參考電壓通常介于 1 至 26V 之間，而輸出頻率范圍 則是 800Hz 至 5 kHz。
現(xiàn)在可以確定對適當(dāng)信號鏈器件的要求。信號鏈必須 為雙極性，因?yàn)樾盘枙[動至接地以下（圖2）。
（圖2 SIN和COS繞組的標(biāo)準(zhǔn)化輸出電壓）
它必須同時對兩個通道進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換高達(dá) 5kHz 的信 號，并針對Resolver為參考繞組提供 AC 電壓。jia的解 決方案是為兩個通道各實(shí)施一個 Δ-Σ 調(diào)制器。Δ-Σ 調(diào)制器可在*頻率（在 10 至 20MHz 范圍）下進(jìn)行 采樣，因此經(jīng) Δ-Σ 調(diào)制后的輸出要進(jìn)行平衡和濾波 后才可獲得可接受的分辨率。
（圖3 Resolver控制環(huán)系統(tǒng)的簡化方框圖）
總之 ，Resolver是一款非常穩(wěn)定的控制系統(tǒng)位置傳感器，不僅支持高精度 ，而且還可提供很長的使用壽 命 。Resolver的缺點(diǎn)是其大旋轉(zhuǎn)速度 。由于Resolver信號頻率通常小于 5kHz ，因此電機(jī)速度需要小于5,000 轉(zhuǎn)每分鐘。
Encoder
與Resolver的情況類似，在討論信號鏈實(shí)施方案之前，首先要了解編碼器的物理及信號輸出特性。編碼器通 常有兩種：線性與旋轉(zhuǎn)。線性編碼器用于只按一個維 度或方向運(yùn)動的方案 ，可將線性位置轉(zhuǎn)換為電子信 號，通常與致動器配合使用。旋轉(zhuǎn)編碼器用于圍繞軸心運(yùn)動的方案 ，可將旋轉(zhuǎn)位置或角度轉(zhuǎn)化為電子信號。由于旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)一起使用（電機(jī)圍繞軸心 旋轉(zhuǎn)），因此本文不涉及線性編碼器。
要理解旋轉(zhuǎn)編碼器的原理，首先要考慮基本的光學(xué)旋 轉(zhuǎn)編碼器。光學(xué)編碼器具有支持特定模式的磁盤，安 裝在電機(jī)軸上。磁盤上的模式既可阻止光，也可允許 光通過。因此，還需要使用一個發(fā)光發(fā)送器和一個光 電接收器。接收器的信號輸出能夠與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)聯(lián)。
常見的旋轉(zhuǎn)編碼器有三種：絕dui位置值、增量 TTL 信號以及增量正弦信號。對于絕dui位置值旋轉(zhuǎn)編碼器而 言 ， 磁盤上的模式可根據(jù)其位置分成非常具體的模 式。例如，如果絕dui位置編碼器具有 3 位輸出，那么它就將具有平均分布的八個不同模式（圖 4）。這是 在磁盤上而且是平均分布的，因此每個模式的間距是 360°/8 = 45°。現(xiàn)在，對于 3 位絕dui位置值旋轉(zhuǎn)編碼器而言，可以判斷 45° 范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置。
（圖4 位絕dui位置值旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)例）
絕dui位置值旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出已針對數(shù)字接口進(jìn)行了優(yōu)化，因此不需要模擬信號鏈。
對于增量 TTL 旋轉(zhuǎn)編碼器而言，磁盤上的模式輸出數(shù) 字高或數(shù)字低，即TTL信號。如圖 5 所示，TTL 輸出 磁盤的模式與絕dui位置值旋轉(zhuǎn)編碼器相比比較簡單， 因?yàn)樗恍璞憩F(xiàn)數(shù)字高或數(shù)字低。除了 TTL 信號外， 還有一個對于確定電機(jī)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置很重要的參考標(biāo)記?？蓪⒖紭?biāo)記視作 0° 角度。因此，對數(shù)字脈沖 進(jìn)行簡單計(jì)數(shù)即可確定電機(jī)的確切旋轉(zhuǎn)位置。
（圖5 增量TTL旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)例）
圖 5顯示了電機(jī)軸一次旋轉(zhuǎn)中的多個周期。編碼器制造商可提供每轉(zhuǎn) 50至5,000 個周期的增量 TTL 旋轉(zhuǎn) 編碼器（和增量正弦旋轉(zhuǎn)編碼器）。與絕dui位置值旋 轉(zhuǎn)編碼器一樣，輸出已經(jīng)是數(shù)字格式，因此不需要模 擬信號鏈。
對于增量正弦旋轉(zhuǎn)編碼器而言 ， 輸出和磁盤模式與 TTL 信號編碼器非常相似。顧名思義，其輸出不是數(shù) 字輸出，而是正弦波輸出。實(shí)際上，它具有正弦及余 弦輸出以及參考標(biāo)記信號，如圖 6 所示。這些輸出都 是模擬信號，因此需要模擬信號鏈解決方案。
（圖6 增量正弦旋轉(zhuǎn)編碼器的建模輸出）
與增量 TTL 輸出類似，在一次旋轉(zhuǎn)中有多個信號周期。例如，選擇單次旋轉(zhuǎn)有 4,096 個周期的編碼器連接以 6,000 轉(zhuǎn)每分鐘的速度旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所得的正弦 和余弦信號頻率計(jì)算如下。
本實(shí)例中的信號鏈解決方案需要具備至少410kHz的帶寬 。由于這是閉環(huán)控制系統(tǒng) ， 因此必須將時延控制在小范圍內(nèi)或者*消除。通常，編碼器輸出為1Vp-p，而且正弦和余弦輸出是差分信號。
對模擬信號鏈解決方案的典型要求是：
• 兩個同時采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADCs)：一個用于正弦波輸出，一個用于余弦波輸出。
• 無系統(tǒng)時延 ：需要400kHz以上的帶寬 ，因此ADC必須少能處理每通道800kSPS的速率。
• 支持 1V 左右滿量程的 1-Vp-p 差分輸入可優(yōu)化 ADC 的滿量程范圍或 ADC 滿量程范圍的輸入信號放大。
• 一個參考標(biāo)記信號比較器。
結(jié)論
電機(jī)控制反饋路徑中的旋轉(zhuǎn)/位置傳感器有兩種常用實(shí)施方案：Resolver和編碼器。我們從模擬信號鏈角度針對Resolver或編碼器對幾個控制系統(tǒng)的反饋路徑和輸出信號特性進(jìn)行了評估，以確保信號完整性和jia性能。
參考資料
1. 微控制器公司 ( AMCI) ，“ 什么是分解器？”，請?jiān)L問：www.amci。。ｃｏｍ/t utorials/ tutorialswhat-is-resolver.asp；
2. 德州儀器 (TI) 。“ 光學(xué)編碼器的雙通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，12 位、1MSPS”，TI Prevision Verified Design。（2013 年 6 月 6 日）。請?jiān)L問：www.ti。。ｃｏｍ/2q14-tipd117
3. Delta Computer Systems ，“ 分解器基礎(chǔ)知識”，請?jiān)L問www.deltamotion。。ｃｏｍ/support/
4. HEIDENHAIN 宣傳冊，“旋轉(zhuǎn)編碼器”，2013 年 11 月，第 13 頁。請?jiān)L問www.heidenhain. com/
- END -
聲明：
- 文章轉(zhuǎn)載自德州儀器，版權(quán)歸原作者所有！
- 如有偏頗，歡迎指正！
